机械工程控制基础(chp.5)(免费阅读).pptVIP

Chp.6 系统性能分析与校正 基本要求 了解系统的时域性能指标、频域性能指标和综合性能指标；掌握系统时频性能指标的相互关系和转换； 掌握系统校正的基本概念和校正类型； 掌握系统设计与校正的一般原则； 熟悉各种校正方式和校正装置，掌握相位超前校正，相位滞后校正和相位滞后-超前校正的设计分析方法和步骤； 了解并联校正中的反馈校正、顺馈校正及复合校正方式； 掌握PID控制规律和控制器的选用类型； 掌握按典型I型、II型系统进行分析系统设计的基本方法和过程。 重点与难点 本章重点 系统时频性能指标及相互转换； 串联无源相位超前校正，相位滞后校正和相位滞后-超前校正装置的频率特性及其设计方法； PID 校正规律及PID 调节器的工程设计方法； 典型I型、II型系统优化设计方法。 本章难点 各种串联无源校正装置的设计； PID 调节器的工程设计方法。 §1 系统性能指标 系统首先应稳定，只有稳定性还不能正常工作，还必须满足给定的性能指标才能正常工作。 分类： 时域性能指标（瞬态、稳态） 频域指标 综合性能指标（误差准则） 一、时域指标： 在单位阶跃输入下，对二阶振荡系统给出 1、上升时间tr： 2、峰值时间tp： 系统性能指标 3、调整时间ts： 4、最大超调量MP： 5、振荡次数N： 系统性能指标 6、稳态指标： (1)误差：e1(t)=xor(t)-x0(t) E1(s)=Xor(s)-X0(s) (2)偏差：ε(t)=xi(t)-h(t)x0(t) E(s)=Xi(s)-H(s)X0(s) (3)误差和偏差的关系： 控制系统应力图使x0(t) →xor(t)，当X0(s)= Xor(s)时， 存在E(s)= H(s) E1(s) 结论： 求出偏差后即可求出误差E(s)； 若单位反馈H(s)=1，则E(s)= E1(s)； 闭环系统的误差包括瞬态误差和稳态误差，稳态误差不仅与系统特征有关，也与输入和干扰信号特性有关。 系统性能指标 (4)稳态偏差εss: 因为，E(s)=Xi(s)-H(s)X0(s) 即 由终值定理， 阶跃输入下，Xi(s)=1/s 无偏系数 位置无偏系数kp： 速度无偏系数kv： 加速度无偏系数ka： 无偏系数 7、Gk(s)对稳态偏差的影响： 不同系统结构（Gk(s)的“型”号），则无偏系数和稳态偏差亦不同。 （1）系统型号对εss和kp的影响：（阶跃信号输入） 0型系统v=0： （有差系统） 稳态位置偏差为有限值 Ⅰ型系统v=1及v＞1： （无差系统） 无偏系数 (2) 系统型号对kv的影响：（速度信号输入） 0型v=0： Ⅰ型v=1： Ⅱ型及以上：kv=∞ εss=0 (3)系统型号对ka的影响：（加速度输入） 0型：ka=0 εss=∞ Ⅰ型：ka=0 εss=∞ Ⅱ型：ka=k εss=1/k 系统误差 系统误差 讨论：a) kp、kv、ka反映系统减少或消除εss的能力； b)应根据系统承受输入情况选择系统的型号； c)k值的重要作用：k 大有利于减少εss，但k太大不利于系统稳定性。 例：如图，求系统在单位阶跃、单位恒速、单位恒加速下的稳态误差。 二、频域性能指标 1、谐振频率ωr： 2、谐振峰值Mr： 3、截止频率ωb： 4、相位裕量γ：γ=180o+∠G(jωc)H(jωc) 对二阶系统， 5、幅值裕量kg： 对二阶系统， 三、时域和频域指标的关系 1、Mp和Mr的关系： Mp、N（时）和Mr、γ都只与阻尼比ζ有关，反映系统的阻尼特性和系统的相对稳定性。 Mr=1.2~1.5，对应Mp=20%~30%,过渡过程较平稳； Mr＞2，则Mp＞40